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TC4钛合金激光焊接

TC4钛合金简介

TC4钛合金是一种中等强度的型两相钛合金,含有6%a稳定元素A1和4%(3稳定元素V。该合 金具有优异的综合性能,在航空和航天工业中获得了最广泛的应用。合金长时间工作温度可达40(TC, 在航空工业中主要用于制造发动机的风扇和压气机盘及叶片,以及飞机结构中的梁、接头和隔框等重要 承力构件。

TC4钛合金的主要半成品是棒材、锻件、厚板、薄板、型材和丝材等。合金主要在退火状态下使用, 也可以采用固溶时效处理进行一定的强化,然而淬透截面一般不超过25mm。该合金具有良好的工艺塑性和超塑性,适合于各种压力加工成形。该合金还可采用各种方式进行焊 接和机械加工。

TC4钛合金标准规定的化学成分

材料的技术标准

钛合金工业国内外发展状态

钛的工业生产最先用于 1948 年在航空发动机中得到应用,然后用于机身、导弹、卫星等,接着在冶金、能源、化工等行业得到了广泛应用,到 20 世纪 90 年代,钛走近人们生活当中。钛工程技术研究往往分为民用与军用或航空与非航空两大领域,它们有着完全不同的发展方向。在军用领域主要目的是提高钛合金的综合力学性能,主要以比强度、比刚度和疲劳寿命、耐热性、韧性等作为主要技术指标;民用领域则主要以成本、腐蚀性和加工性作为主要技术目标,成分较简单、工业纯钛或低合金化的通用钛合金是他的主要选择。世界各国由于经济及工业水平和军事发展的不同,钛合金应用情况有很大不同。从消费结构方面看,总体说航空航天和非航空航天各占 50%左右,俄罗斯和美国以军用为主要消费,航空航天分别占 60%和 70%,民用工业分别占 40%和30%;日本和中国主要民用消费为主,军工及航空占 10%~20%,其他占 90%~80%,大多数的发展中国家没有建立完整的钛工业,其所用的钛制设备和化工装备基本全靠进口成套钛设备。钛及钛合金的应用及研发水平,已经成为国家或地区的新材料的应用开发研究水平和综合国力的评价标准。

钛合金的焊接性

钛及钛合金的热处理性能,化学、物理性质具有显著特点,这些显著的特点决定了钛及钛合金的焊接性特点。要想制定正确合理的焊接工艺进而得到满意的焊接接头质量,必须要首先了解钛及钛合金的焊接特性。

焊接接头区脆化常温下,由于表面氧化膜的保护作用,钛及钛合金能保持高的稳定性和耐腐蚀性。但钛在 300℃以上的高温条件下,特别是达到熔融状态时对于某些常见气体有很大的化学活性。特别是达到 540℃以上时,钛及钛合金表面生成较疏松的氧化膜,随着温度的继续升高,钛及钛合金还可以吸收空气、水分、油脂等污染物,使得接接头的塑性和韧性显著降低。在无保护的条件下钛及钛合金 300℃开始吸氢,600℃开始吸氧,700℃开始吸氮。钛及钛合金吸收少量的氢、氧、氮后,便会显著的引起焊接接头的脆化.

氧和氮的影响:600℃钛与氧发生强烈的反应,700℃氮会与钛发生强烈的化学反应生成硬而脆的 TiN,800℃氧化膜会扩展溶解到钛中,会使钛及钛合金的晶格强度发生畸变,使强度和硬度得到提高,但是钛材的塑性和韧性显著降低。氮和氧在高温下与钛及钛合金相互作用生成的固溶态化合物能显著的使焊接接头的塑性下降硬度提升,在这个过程中氮的作用更加明显。

氢的影响:氢与钛作用生成的细片状或针状的 TiH2,其抗拉能力很低,很易断裂即使很少量存在也能使焊接接头的塑性和韧性显著降低,TiH2还是焊接接头中常见的裂纹源的发生地。所以需要严格控制氢在接头中的含量,不能超过 15mg/100g。主要是通过来源来控制氢的含量,对焊材的清理工作要做好,控制好焊材的干燥度和清洁度,对特别重要的零部件需要进行脱氢处理。

碳的影响:高温下,来源于母材及其表面油污、焊丝、焊剂等中的碳会与钛及钛合金发生作用生成硬而脆的 TiC。TiC 网状分布在焊接接头中,使焊接的塑性显著下降,而且容易在接头处产生裂纹。碳在钛中含量应该不超过 0.1%,焊缝中的含量要低于母材的含量。

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